氢气的制法和性质

氢气的制法和性质一、 实验目的与要求熟悉启普发生器的原理和构造，掌握其操作技能；掌握演示史的性质实验和安全操作技能；初步掌握H还原CuO实验的讲解方法。2二、 实验原理Zn+H2SO4=ZnSO4+H2t2队+02=2史0H2+CuO=Cu+H2O三、 仪器、材料与药品启普发生器、烧杯（500mL、150mL、50mL）、水槽、橡皮管、试管及试管架、玻璃导气管、玻璃尖嘴管、铁架台（配铁夹）、凡士林、塑料瓶或易拉罐、玻璃棒、酒精灯、玻璃丝、火柴、蒸发皿（盛皂液）、石棉网、洗瓶；洗涤剂溶液、CUSO4溶液、锌粒、稀H2SO4（1：4）、甘油、氧化铜四、 实验内容利用启普发生器制取氢气启普发生器（如图6-3）由三部分组成。上面一部分是球形漏斗，下面一部分是玻璃球和玻璃半球所组成的容器，第三部分是带旋钮的导气I,醐睫时的册1一关俪寤酷曲怖囹3T启普屋生器装料前，先检查各接缝处的气密性。方法是关住旋钮，由漏斗处注入水后，在液面处划一记号，若数分钟内液面不下降，说明气密性好；若下降，可涂凡士林密封。给启普发生器中加水至将金属锌全部淹没处，倒水后量水的体积，这就是稀硫酸的体积。在球形漏斗颈适当位置用玻璃丝编绕数圈，或穿一塑料片，以阻止锌粒下落。将容器侧身由上口或侧口处加入用锌粒，再将漏斗插入，用玻璃棒将玻璃丝拨全容器细颈处后，将发生器放直，安上导气管，打开旋钮，由上口加入稀硫酸（V浓H2SO4：Vh2o=1：4）至淹没锌粒处，关上旋钮，固、液体分离，稀硫酸液面升至漏斗处。史的性质史纯度的检验打开旋钮，用排水法收集一试管H2,管口向下移近火焰，放开拇指，如有尖锐的爆鸣声，证明氢气不纯，要继续收集并检验，直至只发出轻微的“噗”声为止，此时H2已纯，可以使用。H2在空气中燃烧检验纯度后，在导管上连接一尖嘴玻璃管，点燃后，在深色背景下，可明显看到氢气在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色火焰。在火焰上方罩一十净烧杯，片刻烧杯内壁就有液滴顺壁流下。史与空气混合气的爆鸣取一小塑料瓶或一端开口的易拉罐饮料盒（20〜120mL），在底部凿一火柴梗粗细小孔，食指堵住小孔，排水法集满H2后，倒放于桌面上，口部垫上石棉网以保证空气通畅。点燃火柴，放开手指，用火柴梗捅透小孔水膜，点燃H2,深色背景下因H较纯，火焰燃烧平静，可看到淡蓝色火焰。过一会儿，空气从2盒底口流入，积聚到一定比例，发生爆鸣。当H2和空气的体积比为2：5时，产生的爆鸣声音最大。史吹肥皂泡取少量洗涤剂用蒸馏水配成溶液，为增加粘度可加几滴甘油。用橡皮管在洗涤液中蘸一下，管口仍朝下，慢慢开通H2流，待气泡出现后，将管口迅速反转朝上，轻轻摆动或用嘴吹气，泡泡脱离管口，用火在气泡上方点燃，随着“噗”的一声，伴有黄色火球出现。史还原CuO取一干燥的硬质试管，底部铺薄薄一层氧化铜并倾斜安装于铁架台上（管口略低于底部），先通一会儿H2，然后加热，当管口有液滴出现时，CuO加热部位由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。撤掉酒精灯，继续通H全试管冷却。2检查紫红色的金属铜中是否含有Cu0。2五、注意事项使用启普发生器时，容器底座的活塞最好用绳子扎紧，以免H压力过大2（因锌的颗粒小而落入酸液中不断反应使然），冲开活塞。为使反应速率更快，可先将锌粒浸在CuS04溶液中全发黑，再给发生器中加入。启普发生器使用完毕，用塞子堵住漏斗口，将发生器侧身，由下口倒出废酸液（统一收集），拔下导气管塞子，此处倒出余锌（要回收），将发生器清水冲洗干净，擦干净磨口处凡士林并垫一硬纸收藏。启普发生器使用过程中若要再添酸或锌，产生H之后必须先验纯后使用，2否则会出现不安全事故。H2吹肥皂泡因玻璃管表面光滑，沾不住皂液，难以吹成，故用橡皮管。此外还可用竹管来代替。H2与空气的混合气体发生爆鸣的极限为4%〜74.4%（体积分数）。若筒内H2纯度过高即超过爆鸣上限时，点火后首先是它的安静燃烧。由于燃烧消耗H2，使筒内压强变小，空气便从下口源源不断地进入筒内，当H2的含量进入爆鸣范围，即发生爆鸣。传统的方法是用排气法收集史，筒内到底收集了多少H2全凭经验，这就为点燃H能否使它爆鸣埋下隐患，教师无法把握是否能成功。2每次实验前都要检查装置的气密性。六、讨论与研究实验室中不用金属Al或Fe与酸反应制史，是因为Al和冷的稀H2SO4反应太慢，普通Fe和酸反应，生成的H2中含有H2S等杂质太多。同样，不能用盐酸代替H2SO4，是由于盐酸易挥发，放热反应使生成的H2中含有HCl气体。实验室制得的H2有一股特殊气味，是由于Zn和酸不纯所致。其中含有AsH（剧毒）、HS（剧毒）、SO等。AsH来自HSO中所含的微量神，HS来自ZnTOC\o"1-5"\h\z3 2 2 3 2 4 2中的微量ZnS，SO是HSO的还原产物。可将气体通过KMnO溶液除去AsH，通2 2 4 4 3过NaOH溶液除去HS、SO，通过浓HSO除去水。2 2 2 4将制得的史点燃，其火焰呈黄色，若将玻璃管换为金属管后火焰仍然为黄色。这就不能简单地认为是一个玻璃中钠元素的干扰问题。我们取一双通的粗玻璃管，铁架台上夹好后，在其背面贴上黑纸，造成一个深色背景，然后将具有黄色火焰的史导管伸进粗玻璃管内，慢慢上下移动，直到调节全火焰呈淡蓝色为止。该实验中，就是原来在玻璃导管上的黄色火焰，此处也呈淡蓝色。对此，我们可认为，氢焰在粗管中燃烧，就像在火焰上方挂了一个烟囱，加快了空气对流，供氧充分所致。启普发生器是荷兰一个名叫启普（Kipp,P.J,1808-1864）的药品商所发明。其使用优点是：用时只要使固液体接触，就会有气体发生；不用时只要关上导气管上的旋钮，液体因受容器内压力就能自动与固体分开，终止反应。实验时用它既方便又节约药品和时间。缺点是每次装药量太大，体积大，来回移动不方便。七、实验改进本装置用于初三化学氢气的性质实验，可演示氢气性质的多个实验：氢气吹肥皂泡、点燃、爆鸣、氢气还原氧化铜的实验等。此教学仪器主要由氢气发生器、爆鸣器、吹肥皂泡、点燃、抽气、点火几个部分组成。整个装置的制作取材容易、结构简单、构思巧妙、经济实用，且有操作简便、现象明现，生动有趣的优点，能激发学生学习化学的积极性，提高教学效果。此教学实验演示器解决了三大难题：1.在爆鸣实验中解决了发生意夕卜的爆炸事故问题，因为加入了“防回流”装置，起到了“双保险”的作用；2.解决了定量的问题，因为加入了“抽气”装置，可以自由地控制氢气的量；3.解决了吹肥皂泡失败的问题，因为在装置的出口嘴加盖了一个“帽子”。此外，还解决了密封性问题、可拆卸问题（装置见下图）。,4融任即装置的内部结构围3,4融任即装置的内部结构围3吹肥皇泡、点燃装2爆喧整管使用和操作方法：实验开始首先检查装置的气密性、包括各个小件，然后依次在大试管中加入7〜8克锌粒和15〜20ml1：4的稀硫酸制取氢气。有关化学方程式为：Zn+HSO=ZnSO+Ht实验顺序可以是：：依次做吹肥皂泡的实验、做氢气的点燃实验、做氢气的爆鸣实验等。做吹肥皂泡的实验时：在吹肥皂泡的装置中用棉签蘸一点事先配好的肥皂液，打开活塞，氢气通过滴管内的干燥剂在滴管口可观察到肥皂泡的形成。脱离管口后在空气中迅速上升。做氢气的点燃实验时：（此时氢气比较纯）可直接用火柴在滴管口点燃，可观察到氢气在空气中安静地燃烧。有关化学方程式为：2H+O=2HO2 2 2做氢气的爆鸣实验时：先把活塞打开，爆鸣塞塞上，待一会用针管抽爆鸣管内的空气，氢气的爆炸极限是4%〜74.2%(抽气的量可取5ml、10ml、15ml、20ml)。然后依次关闭活塞1活塞2最后点火即产生较大的爆鸣声，爆鸣塞向上弹出1〜2米高。当做此实验时不必紧张和恐惧，因为装置中加入了“双保险”技术，可避免意外的爆炸事故，保证实验的成功率。做氢气打火机的实验时：事先拆卸吹肥皂泡装置，然后通过小橡皮接入氢气至打火机点燃。做氢气还原氧化铜的实验时：事先拆卸吹肥皂泡装置，然后通过导管接入氢气还原氧化铜装置。操作顺序是：①先通入活约一分钟；②再加热；③停止加热；④停止通入H2。随之可观察到黑色的氧化铜逐渐变为光亮的红色的铜。有关化学方程式为：H2+CuO=Cu+HR[1]有关氢气在空气中安静燃烧的实验，最关键的有两点：第一，要保证发生装置中产生氢气的速度足够快。或者，用贮气装置中纯净的氢气，利用水压或手挤压的方法控制氢气流速。第二，点燃氢气前一定要检验氢气的纯度。决不能嫌麻烦凭感觉认为氢气已纯净而不验纯就点燃，从而造成不必要的事故和损失。另外，尖嘴导管口不能过大，过大可能导致氢气瞬间不连续而使点燃的氢气火焰熄灭。在玻璃导管口点燃氢气时，由于受玻璃中钠离子的影响，可能火焰为黄色，换为在金属导管口点燃，能看到淡蓝色火焰，但学生不易观察到，若置于黑色背景下则稍微明显些。若同学们实在看不见火焰，你不妨在火焰上点燃一张纸证实确实有氢气在燃烧，只是由于火焰太淡不易发现而已。氢气的还原性实验应该是最容易做的，只要一切按装置要求和操作要领来做，一般没有多大问题。这个实验，在装置上，要求盛装氧化铜的试管干燥，管口略向下倾斜，导管伸入接近试管底部，试管口不用塞橡皮塞。在操作上，要求氢气先通后撤，